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北美E911系统建设和发展初探

2010/07/22

　　北美地区有一项政府强制的增强911电信服务，该项服务如果从1970年开始正式出现算起的话，已经走过了将近40年的发展历程。通过拨打911这个简单的号码，不论你是何种身份，只要是在北美地区，都能够及时得到包括警察、救火、医疗等多种救援服务。这里的奥秘就在于，接听911电话的紧急呼叫服务中心不仅可以从话音中了解到拨打者所需要的救援类型，还可以通过文字或者地图的方式了解到拨打者的位置。为此服务所需要建设的支撑体系非常庞大，电信运营商和政府等机构的付出不可小视。

　　下面，从移动通信网络的角度来介绍E911系统的现状和未来发展，希望能够帮助中国运营商在类似E911系统的设计、方案选择和标准化方面有所帮助。

　　北美无线增强911系统结构介绍

　　增强911服务的目的，一是电信系统可以识别所有用户拨打的紧急呼叫，并自动将其路由到合适的公共安全应答点（PSAP），同时将用户号码和粗略位置一起带给它。另外，该服务还要求公共安全应答点可以在接到电话后获取拨打者的较准确的位置，以便于用文字或者地图的方式显示出来，供进一步救援之用。

　　这种服务在固定网络中实现起来较为简单：因为每一个固网电话号码是和一个物理位置相关的；只要把全部的对应关系都搜集到数据库中，公共安全应答点就可以根据用户号码查询数据库，并利用GIS系统来显示用户的位置。

　　但是，对于移动网络来说，用户的号码（对于漫游和非法用户而言）和位置都不是确定的信息，用户的准确位置信息更是难以获取。因此，美国联邦通信委员会（FCC）分为两个基本阶段要求移动运营商提供增强911服务：一阶段要求可以根据用户的粗略位置将呼叫路由到正确的PSAP并携带用户号码；二阶段要求PSAP可以获取用户较精确的位置。

　　由于移动通信运营商的网络覆盖区域和紧急服务区通常不是一一对应的，因此首先要建立移动网络中每个基站小区和紧急服务区的对应关系，并依照它来把呼叫路由到合适的PSAP去。在现实中，由于多家运营商都需要建立和PSAP之间的冗余的信令和话音通路，从经济的角度考虑，把上述路由功能集中到一些中心交换局，也就是SR（Selective Router）中去实现。这种交换局通常是由已经具备和PSAP之间物理链路的运营商管理，其他的运营商只需要利用这个基础设施就可以了。

　　由于PSAP并不和每个运营商的设备全部对接，因此在获取用户较精确位置的时候，需要通过一个中间设备，也就是ALI（Automatic Location Identification）。由ALI从移动定位中心（图1中的GMLC/MPC）获取用户较精确的位置信息。图1表示了从移动运营商的角度来看的整个无线E911系统的完整架构。

图1 无线E911系统结构

　　这个系统需要大量的基础建设成本，为此，北美地区的电信用户每月都要支付一定的紧急服务费用给运营商，并且在美国有专门的基金会来负责这部分资金的运用。

　　常用的E911定位方法

　　由于标准化的原因，GSM和CDMA网络中计算并获取用户位置的系统架构略有不同，但都是在相对集中的设备中进行。其中，GMLC（Gateway Mobile Location Center）和MPC （Mobile Positioning Center）是负责会话控制和粗精度定位的，SMLC（Serving Mobile Location Centre）和PDE （Position Determining Entity）是负责计算终端精确位置的。

　　为了满足FCC提出的E911二阶段定位精度要求：定位精度在100m以内的概率不能低于67%，定位精度在300m以内的概率不能低于95%，在不同的网络中，运营商分别选择了不同的技术模式。在CDMA同步网络中，采用的是基于终端的实现方案。在GSM网络中主要是采用U-TDOA这种基于网络的实现方式。

　　在基于终端的方案中，PDE（Position Determining Entity）采用高通的专利技术，实现了AGPS/AFLT/混合定位计算功能。这种方案需要终端支持GPS和专门的软件协议。不过，北美地区的政府已经强制要求新入网终端都要具备GPS功能。

　　基于网络的方案，对于运营商来说，成本更高一些，因为需要在网络侧部署大量的LMU（Location Measurement Unit）。当然，不少运营商也在试图通过基于终端的SUPL AGPS方案来满足FCC对定位精度的要求。
定位精度的要求对产业链的发展起到了一定的促进作用，但是也造成了系统的高成本和一些非标准方案的出现。除了美国之外，其他国家都在这个问题上持谨慎的态度。

　　面向全IP时代911系统的发展

　　以美国和欧洲交通管理部门为首的相关机构提出了面向全IP时代的下一代911系统的构想。它的先进性体现在：不仅能够承载语音，还能够用文字、语音和图像等多媒体形式更好地、自动地为紧急救援服务；PSAP的位置将变得不再重要，呼叫将根据地理坐标自动进行路由，并且系统可以支持转接回退等功能；可以利用IP路由技术更好地处理链路拥塞问题。

　　在实现这个目标之前，NENA（Notional Emergency Number Association）提出了针对已经广泛商用的VoIP业务的E911服务模型，如图2所示。这个模型充分考虑了对既有系统的兼容。在这个模型中主要体现了将集中式的位置获取功能改变为分布式获取的思路，以适应不同IP接入网络的技术特点。在这些不同的网络中用来确定终端位置的技术可能差别很大，例如可能涉及二层和三层IP技术、无线网络中的定位技术、甚至包括无线自组织网络中的定位技术。

图2 VoIP E911系统结构

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